化学人教版（2019）必修第二册)5.3.2新型无机非金属材料（共21张ppt）

(共21张PPT)
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第三节 无机非金属材料
第2课时 新型无机非金属材料
新课引入
新型无机非金属材料
新课引入
新型无机非金属材料
（一）高纯度的含硅元素的材料：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。
（二）含碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。
随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，常见类型有两种：
新型无机非金属材料
硅
半导体材料
新型无机非金属材料
硅
硅的原子结构
硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。
Si
+14
8
4
2
+6
4
2
C
新型无机非金属材料
硅
通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式吗？
新型无机非金属材料
硅
硅的存在形式
硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，
硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在
硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。
硅酸盐矿石
水晶（ SiO2 ）
玛瑙（ SiO2 ）
新型无机非金属材料
硅
硅的性质
晶体硅是灰黑色、有金属光泽、脆而硬的固体
晶体结构类似于金刚石，其熔点和沸点很高，硬度大
导电性介于导体和绝缘体之间，良好的半导体材料
物理性质
新型无机非金属材料
硅
硅的性质
化学性质
常温下：硅的化学性质不活泼。
①Si+2F2=SiF4
②Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
③Si+ 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2↑
注：除氟气、氢氟酸和强碱外,其它氧化剂，如Cl2、O2、H2SO4、HNO3等常温下都不与硅起反应。
加热时：与某些非金属反应
Si+O2==SiO2
△
新型无机非金属材料
硅
硅的制备
工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl3),再经氢气还原得到高纯硅。
SiO2+2C===Si+2CO
高温
新型无机非金属材料
硅
硅的用途
半导体材料、太阳能电池、计算机芯片
新型无机非金属材料
二氧化硅
存在：
物理性质：熔点高；硬度大；不溶于水。
硅藻土
石英、水晶、玛瑙、沙子
结晶形：
无定形：
统称硅石
空间构型：硅氧四面体（空间网状）
SiO2的晶体结构
【SiO4】四面体结构
新型无机非金属材料
二氧化硅
化学性质
①具有酸性氧化物的通性
a．与碱反应： SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O
b．与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO CaSiO3
②特性：除氢氟酸外，SiO2一般不与其他酸反应，
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
雕刻玻璃
新型无机非金属材料
二氧化硅
用途
①沙子是基本的建筑材料。
②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。
③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。
④ 石英坩埚
新型无机非金属材料
二氧化硅
1、保存NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
2、埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路，为什么？用离子方程式表示。
SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O
3、SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性氧化物？
错。因为SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O，生成的SiF4 不属于盐。
新型无机非金属材料
新型陶瓷
新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系
在光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。
常见的新型陶瓷
碳化硅陶瓷（SiC俗称金刚砂）
高温结构陶瓷：
压电陶瓷
透明陶瓷
超导陶瓷
新型无机非金属材料
新型陶瓷
具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料
具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料
碳化硅陶瓷（SiC俗称金刚砂）
新型无机非金属材料
碳纳米材料
新型无机非金属材料
碳纳米材料
碳纳米材料
富勒烯
碳纳米管
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物C60
开启了碳纳米材料研究和应用的新时代
是由石墨片层卷成的管状物
有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。
石墨烯
只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
电阻率低，热导率高，具有很高的强度。应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面
本节小结
谢谢